申请日2014.10.16
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种含盐废水的活性污泥处理方法，该方法包括以下步骤：(1)在缺氧处理条件下，使含盐废水与含活性污泥的物料接触，进行含盐废水的缺氧处理;(2)将接触后所得的混合物进行好氧处理;(3)将部分好氧处理后的混合物料返回步骤(1)作为部分所述含活性污泥的物料，其中，返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm。根据本发明的上述技术方案，促进了含盐废水中难降解有机物的降解和硝化效能，并且不需要投加药剂和强化O池的曝气，具有运行成本低，无副产物的优点。
权利要求书
1.一种含盐废水的活性污泥处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)在缺氧处理条件下，使含盐废水与含活性污泥的物料接触，进行含盐废水的缺氧处理;
(2)将接触后所得的混合物进行好氧处理;
(3)将部分好氧处理后的混合物料返回步骤(1)作为部分所述含活性污泥的物料;
其中，返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含活性污泥的物料中活性污泥的粒径不大于2mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在所述部分好氧处理后的混合物料返回至步骤(1)的过程中，对所述部分好氧处理后的混合物料进行旋流处理，来使返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，所述旋流处理在旋流器中进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述旋流处理的条件使得所述部分好氧处理后的混合物料在旋流器中的速度梯度不低于1100S-1，优选为2800-5600S-1。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述旋流处理的条件包括：以所述旋流器的进料口直径为0.02-0.04m为基准，旋流器的进料流速为1-8m/s，进料口压力不低于0.03MPa，优选为0.03-0.15MPa;所述旋流器的 进料口压力大于出料口压力，压力差为0.03-0.15MPa。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，该方法还包括：在所述部分好氧处理后的混合物料在旋流器中进行处理的过程中，对所述部分好氧处理后的混合物料进行溢流，所述溢流的流量为所述部分好氧处理后的混合物料进料流量的2-5体积%。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括，将剩余部分好氧处理后的混合物料进行固液分离，并将固液分离得到的活性污泥返回步骤(1)作为另一部分所述含活性污泥的物料。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含盐废水的COD值为500-800mg/L，NH4+-N为50-100mg/L，NO3--N为0-10mg/L，总氮的含量为50-150mg/L，石油类物质的含量为800-1500mg/L，悬浮物的含量为300-600mg/L，硫化物的含量为15-25mg/L，以碳酸钙计的碱度为200-300mg/L;所述含盐废水优选为来自炼油厂的含盐废水。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料的流量与步骤(1)中进行缺氧处理的含盐废水的流量的比例为2-4。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括，在进行好氧处理的过程中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量使得通入的二氧化碳与氧气的体积比为0.25-1:1。
说明书
一种含盐废水的活性污泥处理方法
技术领域
本发明涉及一种含盐废水的活性污泥处理方法。
背景技术
现有较成熟的含盐废水处理技术一般采用单级或两级气浮与活性污泥的组合处理工艺。A/O(缺氧/好氧)工艺以其运行稳定、操作维护简单、可有效脱氮等优势一直作为含盐废水生物处理的首选工艺。
以炼油厂含盐废水为例，石油类物质含量高达500mg/L或以上，其经多单元除油预处理后，进入A/O工艺的原水仍含有一定量的胶体类分散油和乳化油，从而会出现这些微小油滴在活性污泥絮体上吸附、包覆的状况。这一方面造成污泥传质受阻、活性较低，另一方面会产生大量含油剩余污泥。由于炼油厂含盐废水中毒性、难降解有机污染物的存在，势必造成剩余污泥的限制有机毒性。针对炼油厂含盐废水生物处理剩余生物污泥产量大、有机毒性高，难以资源化利用的问题，目前常进行危废处理，或焚烧处理。这两种处理方式都存在能耗浪费且对环境带来显著风险的问题。
因此，通过A/O过程的优化改进，实现污泥源头减量和毒性源头消减，是解决炼油含盐废水剩余污泥问题的首要选择。目前，常用的污泥源头减量方法是通过在系统中投加解偶联剂或臭氧进行氧化、采用超声波法等手段将剩余污泥破解后回流到曝气池内被微生物降解，从而达到源头上减少剩余污泥产量的目的，但这些方法存在二次污染、难以控制、运行成本高等问题。
炼油厂含盐废水中残留的微小油滴在活性污泥絮体上吸附、包覆，进而引起底物(有机底物或氨氮等)到污泥絮体活性区传质困难，好氧池(O池)的溶解氧(DO)向污泥絮体内部传质受阻，造成污泥活性低，并且厌氧池 (A池)中的反硝化碳源不足，使得含盐废水处理效果降低。针对这一问题，在现有工程应用中，常通过强化O池的空气曝气强度以解决该问题。这样势必造成空气曝气的能耗浪费。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述前缺陷，提供一种能够提高活性污泥活性、缺氧处理的碳源，且不会造成二次污染、成本较低的含盐废水的活性污泥处理方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种含盐废水的活性污泥处理方法，该方法包括以下步骤：(1)在缺氧处理条件下，使含盐废水与含活性污泥的物料接触，进行含盐废水的缺氧处理;(2)将接触后所得的混合物进行好氧处理;(3)将部分好氧处理后的混合物料返回步骤(1)作为部分所述含活性污泥的物料，其中，所述含活性污泥的物料中至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，优选为0.5-1mm。
优选地，通过在所述部分好氧处理后的混合物料返回至步骤(1)的过程中，对所述部分好氧处理后的混合物料进行旋流处理，来使返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，所述旋流处理在旋流器中进行。更优选地，所述旋流处理的条件使得所述部分好氧处理后的混合物料在旋流器中的速度梯度不低于1100S-1，优选为2800-5600S-1。
优选地，该方法还包括，在进行好氧处理的过程中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量使得通入的二氧化碳与氧气的体积比为0.25-1:1。
根据本发明的上述技术方案，通过将返回至步骤(1)中的部分好氧处理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒径控制在不大于1mm，优选为0.5-1mm的范围内，能够使污泥中的多糖和蛋白质等有机质暴露释放， 随所述混合物料补充缺氧处理中的有机碳源，提高缺氧处理过程中的反硝化脱氮效能;并且在优选通过旋流处理的情况下，进行流体剪切，使污泥表面的小油滴进一步释放出来，污泥的活性得到了有效地提高，强化了污泥界面的传质性能，促进了含盐废水中难降解有机物降解和硝化的效能。因此，本发明不需要投加药剂和强化O池的曝气，具有运行成本低，无副产物的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明的以下描述中，使用的术语“水力停留时间”是指待处理含盐废水在反应器内的平均停留时间，也就是含盐废水与反应器内微生物作用的平均反应时间，因此，如果反应器的有效容积为V(m3)，水流速度为Q(m3/h)，则：水力停留时间(HRT)=V/Q，即水力停留时间等于反应器有效容积与水流速度之比。
缺氧处理是主要发生反硝化反应的阶段，反硝化反应是指在缺氧状态下，反硝化菌将废水中的亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮(N2)的过程。反硝化菌为异养型微生物，多属于兼性细菌，在缺氧状态时，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以有机物(污水中的BOD成分)作为电子供体，提供能量并被氧化稳定。
好氧处理是主要发生硝化反应的阶段，硝化反应是指在有氧状态下，亚硝化菌利用无机碳为碳源将NH4+转化成亚硝酸盐(NO2-)，然后硝化菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐(NO3-)的过程。
反硝化菌、亚硝化菌和硝化菌均为用于水质净化的活性污泥中常规存在的微生物，在此不再赘述。
“COD”即化学需氧量，是表示水中还原性物质多少的一个指标，COD值越大，说明水体受有机物的污染越严重，本发明中涉及的所有的COD值均为重铬酸钾氧化法(GB11914-89)测得的数值。
“氨氮含量”是指每升水中以游离氨和铵离子形式存在的氮的量，缩写为NH4+-N。
“总氮水平”以每升水含氮毫克数计，缩写为TN。
“速度梯度”是指流体在两界面之间流动时，由于材料之间摩擦力的存在，使速度梯度流体内部与流体和速度梯度界面接触处的流动速度发生差别，产生一个渐变的速度场，称为速度梯度，或称切速率、剪切速率。
一方面，本发明提供了一种含盐废水的活性污泥处理方法，该方法包括以下步骤：(1)在缺氧处理条件下，使含盐废水与含活性污泥的物料接触，进行含盐废水的缺氧处理;(2)将接触后所得的混合物进行好氧处理;(3)将部分好氧处理后的混合物料返回步骤(1)作为部分所述含活性污泥的物料，其中，返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，优选为0.5-1mm。
下文中，将“返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料”统一简称为“回流液”。
本发明的发明人发现，对所述回流液中的活性污泥进行破碎，并且使其中至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，优选为0.5-1mm，能够有效释放污泥内的胞外分泌多糖和蛋白质等有机质，并作为有机碳源在A池中再利用。另外，污泥的破碎还伴随着污泥所包裹的油相的脱除，脱油后的活性游离菌群可在A池到O池的生物处理过程中再次形成高活性污泥，以强化系统的生化效能，能够有效地在污泥源头减量，并促进系统生化效能，从而完成了本发明。
根据本发明，在优选的情况下，所述含活性污泥的物料中全部的活性污 泥的粒径不大于2mm。
尽管将所述回流液中至少60重量%的活性污泥的粒径控制在不大于1mm，优选为0.5-1mm即可实现本发明的目的。但本发明的发明人发现，通过旋流处理使得所述回流液中至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，优选为0.5-1mm，也即，在所述部分好氧处理后的混合物料返回至步骤(1)的过程中，对所述部分好氧处理后的混合物料进行旋流处理，来使返回至步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，能够使污泥的性能得到进一步提高。所述旋流处理优选在旋流器中进行，为了实现上述要求，所述旋流处理的条件使得所述混合物料在旋流器中的速度梯度优选不低于1100S-1，更优选为2800-5600S-1。
尽管将旋流器中的所述混合物料的速度梯度控制在本发明的范围内即可有效地实现本发明的发明目的。但本发明的发明人发现，通过将旋流处理的条件进行如下的控制，经处理的混合物料中的污泥中的胞外分泌能够更有效地释放，并且更有助于活性污泥释放出的菌体再次形成高活性的污泥絮体。所述旋流处理的条件优选包括：以所述旋流器的进料口直径为0.02-0.04m为基准，旋流器的进料流速为1-8m/s，进料口压力不低于0.03MPa;所述旋流器的进料口压力大于出料口压力，压力差为0.03-0.15MPa。本发明需要指明的是，所述旋流器的进料口直径增大，所述回流液的进料速度将减小、压力将减小。
根据本发明，所述回流液在旋流器中进行处理的过程中，还包括对所述回流液进行溢流，所述溢流的流量为所述回流液进料流量的2-5体积%。通过控制所述溢流的流量，能够有效地保证所述回流液在旋流器中的速度梯度，从而使得所述回流液中至少60重量%的活性污泥的粒径不大于1mm，优选为0.5-1mm。
根据本发明，所述方法还包括除去旋流处理后脱落的微小油滴，以实现 油水的分离，从而降低出水的油含量。根据本发明的方法，脱落的微小油滴可在旋流器内强剪切应力作用下与水相分离，从而可从旋流器的溢流口排出。此处需要说明的是，当所述回流液含油较多时，需要单独收集从溢流口排出的溢流液，除油后再返回至步骤(1)中;当所述回流液含油较少时，从溢流口排出的溢流液可以直接返回至步骤(1)中。
本发明的发明人还发现，通过在好氧处理的过程中通入二氧化碳，并且控制二氧化碳的通入量使得通入的二氧化碳与氧气的体积比为0.25-1:1，优选0.5-1:1，能够进一步降低处理后的含盐废水的氨基氮、硝基氮以及总氮的含量。其中，所述氧气与二氧化碳的体积比中的二氧化碳仅指额外通入的二氧化碳的量。其中，氧气和二氧化碳的通入可以采用本领域公知的方法进行，本发明在此不再赘述。
尽管本发明的方法能够适用于各种含盐废水，但本发明的发明人发现，本发明的方法特别适用于对炼油厂排放的含盐废水进行处理。
所述含盐废水的COD值为500-800mg/L，NH4+-N为50-100mg/L，NO3--N为0-10mg/L，优选为8-12mg/L，总氮的含量为50-150mg/L，石油类物质的含量为800-1500mg/L，SS的含量为300-600mg/L，硫化物的含量为15-25mg/L，碱度(以碳酸钙计)为200-300mg/L，pH值为7.5-9.5。
其中，术语“石油类物质”是指烷烃、芳烃、沥青质、胶质等碳氢化合物。
根据本发明，在缺氧/厌氧工艺中，当返回步骤(1)中的所述回流液的流量与步骤(1)中进行缺氧处理的原含盐废水的流量的比例为2-4时，通过回流破碎污泥絮体能够显著减量排放污泥。返回步骤(1)中的所述部分好氧处理后的混合物料的流量与步骤(1)中进行缺氧处理的原含盐废水的流量的比称之为“内回流比”或“混合液回流比”。其中，所述“原含盐废水”为最初进行缺氧处理的含盐废水。
本发明中，缺氧处理和好氧处理的条件可以为本领域常规采用的条件，所述缺氧处理的条件优选包括：溶解氧不超过1mg/L(如0.5-1mg/L)，温度为10-40℃，水力停留时间为2-6h。所述好氧处理的条件优选包括：溶解氧为2-4mg/L，温度为10-40℃，水力停留时间为8-16h。
本发明中，缺氧处理和好氧处理串联进行，对其具体的串联方式没有特别的要求，例如，可以为缺氧-好氧的串联方式。根据需要，还可以在缺氧处理和好氧处理之前设置严格控制溶解氧的厌氧处理(溶解氧为0)。厌氧处理的条件通常包括温度为10-40℃，水力停留时间为2-6h。
本发明中，可以使用本领域常规使用的活性污泥进行生物脱氮，优选情况下，缺氧处理和/或好氧处理使用的活性污泥的污泥负荷为0.15-0.5kgCOD/(kg污泥·d)。
为了充分利用所述活性污泥，本发明还包括将剩余的部分好氧处理后的混合物料进行固液分离，并将固液分离得到的活性污泥返回步骤(1)以补充到整个处理系统中以使污泥浓度平衡。具体的操作为本领域技术人员所公知，本发明在此不再赘述。
为了进一步提高出水质量，本发明的方法还可以包括在进入好氧处理和缺氧处理之前，将含盐废水先进行均质和气浮分离。所述均质通常通过搅拌实现，气浮分离的条件通常包括：相对于1000m3的待处理的含盐废水，通入的气体的流量优选为200-400m3/h，温度为0-40℃，时间为0.5-1.0h。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，
COD值的测定方法为重铬酸盐法(GB11914-89);
氨氮含量(NH4+-N)的测定方法为纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009);
总氮水平(NO3--N)的测定方法为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ636—2012);
石油类含量的测定方法为红外分光光度法(HJ637-2012)，SS含量的测定方法为重量法(GB11901-89);
硫化物含量的测定方法为直接显色分光光度法(GB/T17133-1997);
碱度的测定方法为滴定法(GB/T15451-95);
旋流器中回流液的速度梯度通过美国YSIFlowTracker多普勒流速仪测定;
活性污泥的粒径通过Malvem激光粒径仪测定(MalvemMastersizer2000，Malvem，UK)测定;
旋流器的入口直径为0.02m。
实施例中使用的含盐废水的水质如表1所示。
表1
实施例1
对含盐废水1进行活性污泥处理(包括缺氧处理和好氧处理)，所述处理的方法按照“《水污染控制工程》第342-344页：水污染控制工程，王郁主编，林逢凯副主编，化学工业出版社，2008”进行。不同的是，在好氧返回厌氧的回流管线上设置旋流器，旋流器进料口的流速为4-6m/s，进料压力为0.10-0.15MPa，进料口和出料口的压力差为0.10-0.15MPa，旋流器的溢流口的流量为进口流量的3.5体积%，来自好氧处理的混合物料(回流液)在旋流器中旋流的速度梯度为4000S-1。旋流后80重量%的活性污泥絮体的粒径为0.5-1mm，所有活性污泥絮体的粒径不超过2mm。处理结果如表2所示。
实施例2
对含盐废水2进行活性污泥处理(包括缺氧处理和好氧处理)。所述处理的方法按照“《水污染控制工程》第342-344页：水污染控制工程，王郁主编，林逢凯副主编，化学工业出版社，2008”进行。不同的是，在好氧返回厌氧的回流管线上设置旋流器，旋流器进料口的流速为1-4m/s，进料压力为0.03-0.06MPa，进料口和出料口的压力差为0.06MPa，旋流器的溢流口的流量为进口流量的2体积%，来自好氧处理的混合物料(回流液)在旋流器中旋流的速度梯度为2800S-1。旋流后60重量%的活性污泥絮体的粒径为0.5-1mm，所有活性污泥絮体的粒径不超过2mm。处理结果如表2所示。
实施例3
对含盐废水3进行活性污泥处理(包括缺氧处理和好氧处理)。所述处理的方法按照“《水污染控制工程》第342-344页：水污染控制工程，王郁主编，林逢凯副主编，化学工业出版社，2008”进行。不同的是，在好氧返回厌氧的回流管线上设置旋流器，旋流器进料口的流速为6-8m/s，进料压力为0.08-0.10MPa，进料口和出料口的压力差为0.10MPa，旋流器的溢流口的流量为进口流量的5体积%，来自好氧处理的混合物料在旋流器中旋流的速度梯度为5600S-1。旋流后90重量%的活性污泥絮体的粒径为0.5-1mm，所有活性污泥絮体的粒径不超过2mm。处理结果如表2所示。
实施例4-6
根据实施例1的方法对含盐废水1进行处理，不同的是，在好氧处理的过程中，向好氧单元中通入二氧化碳，通入的二氧化碳的量使得二氧化碳与氧气的体积分别为0.8：1，0.5：1和1：1。
对比例1
按照实施例1的方法进行生物脱氮，不同的是，在好氧返回厌氧的回流管线上不设置旋流器，而是直接回流至厌氧阶段。
表2
由表2可以看出，采用本发明的技术方案，通过将回流液中至少60重量%的活性污泥的粒径控制在0.5-1mm，所有活性污泥絮体的粒径不超过2mm的情况下，污泥的减排量可达到60体积%，并且含盐废水也得到了有效地处理。在优选向好氧处理通入二氧化碳的情况下，能够进一步降低处理后的含盐废水的氨基氮、硝基氮以及总氮的含量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
